在变换器中的器件的稳态分析中，所分析的电压和电流变化时间常数较大，等效频率较低，一般不需要考虑变换器中的杂散参数。而器件暂态分析则有很大的区别，从前面的分析中可以知道，变换器中器件的暂态特性分析往往跟变换器中复杂的瞬态换流拓扑结构有密切关系。这种复杂的拓扑结构容易使分析问题也变得复杂，为了使所分析的暂态过程中的主要问题和思路突出，在本小节中的变换器拓扑结构中只考虑等效换流回路杂散电感L_i。

分析案例1：二极管正向恢复特性对开关器件关断的影响。

仍考虑7-39c中的换流过程，将0110⇒0011的过程重画如图7-43所示。图中加入了等效换流回路杂散电感L_i，它对应着整个换流回路，只是为了表示和对比方便，将其放到了吸收电感的旁边。0110⇒0011的换流，表示T₂控制关断，流经T₂中的电流逐渐减小，从通态向阻态变化；构成与T₂换流的T₃和T₄的反并联二极管中的电流逐渐增加，从阻态向通态变化。在换流过程中，T₂与换流二极管电流之和可认为保持不变，大小等于桥臂输出电流。

在此换流过程中，二极管从阻态向通态变化的过程中存在正向恢复过程，其物理机制和外特征表现在前面章节中已经给出。而在图7-44中给出了该换流过程中，开关器件和二极管的电压、电流波形示意图。

图7-43 0110⇒0011的换流过程

图7-44 0110⇒0011的换流过程波形示意图

参照波形示意图和电路图，考察T₂关断第一关断电压峰值中的各影响因素，有下半边直流母线电压，有吸收电感在di/dt作用产生的电压，有等效杂散电感L_i在di/dt作用产生的电压和二极管正向恢复电压U_fr的作用。对于开关器件第一关断电压峰值，往往注重杂散电感的影响，上述分析中最后一项在逆变器换流分析中很容易被忽略。

实际上，二极管正向恢复特性对开关器件关断过程的影响在电压型变换器中都存在，可以表达为全控开关关断时的第一电压峰值部∙分∙由与之换流的二极管正向恢复过程造成。

分析案例2：二极管反向恢复特性对开关器件开通的影响。

将图7-39c中的0110⇐0011换流过程重画如图7-45所示。图中同样加入了等效换流回路杂散电感L_i。0110⇐0011的换流，表示T₂控制开通，流经T₂中的电流逐渐增加，从阻态向通态变化；构成与T₂换流的T₃和T₄的反并联二极管中的电流逐渐减小，从通态向阻态变化。同样的，在换流过程中T₂与换流二极管电流之和可认为保持不变，大小等于桥臂输出电流。

此换流过程中，二极管从通态向阻态变化的过程中存在反向恢复过程，二极管的反向恢复过程一直是变换器中器件特性重点关注的特性。其物理机制和外特征表现在前面章节中已经给出。图7-46中为开关器件和二极管的电压、电流波形示意图，参照波形示意图和电路图，考察T₂开通中存在比负载电流大的尖峰，该尖峰主要由于二极管反向恢复电流I_rr的作用产生。在电压型变换器中，二极管反向恢复特性对开关器件开通过程的影响都存在。

需要注意的是，在此过程中T₂承担了比负载电流还大的电流尖峰这一现象，对变换器的行为分析有一定的影响。一方面，如果仅在变换器的输出侧安装电流传感器，是检测不到该附加的电流尖峰；另一方面，在一些应用中仅直流母线上安装电流传感器，根据传感器信号和控制逻辑来重组得到逆变器输出电流，则该附加的电流尖峰会产生误差。

图7-45 0110⇐0011的换流过程

图7-46 0110⇐0011的换流过程波形示意图

分析案例3：IGCT的再触发问题。(www.daowen.com)

在第4章的分析中已经提到了IGCT的再触发问题的物理机制，在GCT器件开通过程完成后，如果外部电路的状态使该GCT的阳极在开通时刻没有电流流过，或者在导通过程中，阳极电流变为零，则GCT的导通状态无法维持。当此时发生负载电流过零反向等变化时，电流需要从该GCT阳极流过，GCT中的部分元胞无法导通而造成电流的集中，或者GCT开通电流的快速增加，此时需要给GCT再一次触发开通过程。IGCT的集成门极电路在一定条件下自动完成该触发，这就是IGCT的再触发功能，或者称内部再触发功能。

图7-47 外部再触发实施图

相对于内部再触发功能，IGCT在一些必要的情况下，还需要外部再触发。但对于某些特殊的应用场合，内部再触发产生的速度太慢了，在较高变化率（大于50A/μs）的负载电流反复过零或者阳极通态电流非常小的情况，这时就需要人为进行外部再触发。外部再触发可以通过给一个驱动脉宽为几个μs的脉冲来实现，如图7-47所示，具体数值可根据所使用的IGCT的数据手册查阅，IGCT的门级驱动单元可以根据驱动脉宽自动识别该信号。其中再触发信号维持的宽度非常重要。如果宽度过低，则被IGCT的集成驱动电路忽略；如果宽度过大，则IGCT会完成关断后再开通的过程，而不是直接执行开通动作。

在电压型变换器中，被控制系统认为“导通”的IGCT中电流发生快速的变化，往往是跟复杂的变换器拓扑结构或者复杂的吸收电路设计有关系。本节所分析三电平逆变器中的外部再触发问题就属于前者。

仍来考虑图7-39c中的0110⇐0011换流过程，即对本节分析案例2情况进行进一步分析。该换流过程中，T₂开通，电流逐渐增加；T₃和T₄管的反并联二极管关断，电流逐渐减小并存在反向恢复过程。从前面章节二极管的反向恢复机制分析知道，影响其反向恢复电流大小的三个重要因素为：a）二极管关断前的流经电流大小；b）关断过程中di/dt的大小；c）二极管的结温。实际运行中，T₃和T₄管的工作状态不可能完全一致，其中器件的结温一般都存在差异，则两者的反向恢复电流大小也可能存在差异。

考虑其中T₄的反并联二极管的反向恢复电流幅值大于T₃的情况，将其示意图描述为图7-48所示。为表述方便，不妨设T₃和T₄的反并联二极管的反向恢复电流为I_rr3和I_rr4，在图中给出其方向。对逆变器的电路进行简单的电路分析，得到I_rr3<I_rr4时，T₃中GCT中需要流经电流I_T3才能维持电路中电流的平衡。如前面的案例分析所述，此时T₃控制上为“1”，但实际处于一种不完全导通状态。此时需要T₃中流经的电流有两个特点。

1）需要T₃中流经的电流是两个二极管反向恢复电流的差，电流变化率di/dt很大，可能高达1000A/μs；

2）逆变器电路中的开通吸收电路对T₃中要流经的电流没有缓冲作用，即对di/dt没有抑制作用。

对于这种情况，IGCT集成门极电路中的内部再触发功能已经无法满足要求，对于这种情况不处理或者不及时处理，就可能会造成T₃中发生束流效应，形成过热烧毁的热斑，或者T₃在1～2μs内端电压上升至1～2kV，造成其他形式的失效。

从分析中可以看出，在这样的三电平逆变器中，内管的外部再触发问题是一个复杂的过程。除了在器件选型、装配和冷却上需要考虑各种条件平衡外，还要在逆变器的控制上进行相应的保证。此时采用检测-反馈-控制的方式一般是不实际的，一种简单的方式是在控制内管开通时，对另外一个内管直接进行外部再触发控制。例如，在控制T₂开通的同时，对T₃直接进行如图7-47所示的外部再触发控制。同样的，对T₃进行开通控制时，对T₂补再触发控制。

如前所述，二极管反向恢复特性差异不是造成IGCT三电平逆变器外部再触发的唯一原因，当逆变器中使用了复杂的吸收电路，在开关器件动作时，各吸收电路之间存在能量交换和平衡。在能量交换过程中，有时需要高di/dt电流流经开关器件，这也构成了IGCT外部再触发的需求条件。

在本节中，以一个IGCT三电平逆变器为例，来分析变换器中的器件相互影响，可以做出以下一些简单的结论：

1）变换器中的器件应用特性分析，需要用到器件外部表现特性的分析，也需要用到器件内部的物理机制分析；

2）变换器中的器件应用特性分析，需要用到变换器拓扑结构分析，更需要其换流行为的分析。

即变换器中的器件应用特性分析是器件内部和本身特性与其所在变换器的特性两者相结合的产物。当其中之一发生改变时，器件的应用特性也就发生改变。譬如，当本节中所分析的逆变器中使用的IGBT而不是IGCT时，或者分析的逆变器是两电平拓扑结构而不是三电平的时候，一些结果和结论并不成立，甚至所讨论的问题本身就不存在了。当然在本节所使用的这种器件内部机制和变换器换流行为相结合的分析方法在变换器分析中是有通用性的。

图7-48 0110⇐0011的换流过程 二极管反向恢复电流不同